[发明专利]移动机器人导航轨迹解算精度和能力测试方法

说明书

移动机器人导航轨迹解算精度和能力测试方法,解决了现有不便使用靶标轨迹评测机器人自身轨迹解算精度的问题，属于导航轨迹精度测试技术领域。本发明使用高精度激光扫描测距仪器，扫描环境获得场景完整点云和图像，采用虚拟轨迹和虚拟传感器类型与视角(与被测机器人使用的传感器类型和参数、视角相同)，对该场景完整点云和图像进行采样，生成虚拟轨迹和虚拟传感器类型与视角对应的传感器数据帧序列，被测机器人使用该传感器数据帧序列(等同于该机器人在该实际环境中进行运动和数据采集)，解算生成机器人运动轨迹，生成的机器人运动轨迹与虚拟轨迹(作为真值)进行比较，测试被测机器人轨迹解算精度和能力。

技术领域

本发明涉及一种移动机器人导航轨迹解算精度和能力测试方法，属于导航轨迹精度测试技术领域。

背景技术

移动机器人可依靠自身传感器，进行导航，并可解算自身的运动轨迹。提高机器人导航轨迹精度是机器人领域的一个重要研究方向，导航轨迹精度测试是其中关键环节。

通过在机器人上放置靶标，使用激光追踪仪获取机器人运行轨迹是目前测试机器人导航轨迹精度最高的方法之一。但是该方法成本高，操作复杂，并且激光跟踪仪给出的是靶标的运行轨迹，存在机器人旋转运行时，靶标平移变化小，即轨迹对旋转运动轨迹误差大等问题；存在移动机器人依靠自身传感器解算的轨迹与靶标的轨迹参照系不统一，不便于使用靶标轨迹评测机器人自身轨迹解算精度问题。

发明内容

针对现有不便使用靶标轨迹评测机器人自身轨迹解算精度的问题，本发明提供一种移动机器人导航轨迹解算精度和能力测试方法。

本发明的一种移动机器人导航轨迹解算精度和能力测试方法，所述方法包括:

S1、确定场景，场景内分布有多个站点，每个站点使用单线三维激光扫描仪对场景进行扫描，得到场景的三维点云，同时采集以激光光轴为中心的彩色图像，对采集的三维点云进行颜色映射，得到三维彩色点云和图像；

单线三维激光扫描仪的测距精度优于被测移动机器人传感器精度；

根据在不同站点得到的三维彩色点云之间重叠区域，求取不同站点云旋转平移矩阵，将多站点三维彩色点云融合到一起，最终得到场景完整点云和图像；

S2、根据被测机器人，设定虚拟轨迹、虚拟传感器的类型、内参数和视角，采用虚拟轨迹、虚拟传感器的类型、内参数和视角对场景完整点云和图像进行采样，生成与虚拟轨迹、虚拟传感器类型和视角对应的传感器数据帧序列；所述虚拟传感器类型为被测移动机器人的传感器类型和参数相同；

S3、被测移动机器人对S2生成的传感器数据帧序列进行解算生成机器人运动轨迹，将该机器人运动轨迹与S2的虚拟轨迹对比，评价导航轨迹精度和能力。

作为优选，所述S2包括：

设定虚拟传感器类型、内参数、视角、取景框IoU阈值；

在空间中生成取景框，取景框形状、视场角、深度根据设定的传感器内参数决定；在空间中生成取景框后，计算虚拟轨迹中相邻轨迹帧之间取景框的IoU,如果相邻轨迹帧对应的取景框的IoU低于取景框IoU阈值，则根据需要在这两帧之间进行线性插值，插入补充轨迹帧，直到所有相邻轨迹帧所对应的取景框之间的IoU都大于设定的取景框IoU阈值；

逐帧读取插帧后的轨迹，根据每一帧轨迹的位置、视角，结合虚拟传感器的类型、内参数，计算虚拟传感器到场景完整点云中各点的距离值或光度值作为像素值的图像后输出，或直接按虚拟传感器的空间分辨率捕获虚拟传感器处采集范围内的点云后输出，循环这个过程，直到所有轨迹帧对应的输出都被计算完毕，最终得到与虚拟轨迹对齐的传感器数据帧序列。

作为优选，S3中，采用相对位姿误差RPE和绝对轨迹误差ATE的统计值评价机器人导航轨迹精度和能力。